Chapter 5: Gases

Back to chapter

5.1:

Давление и измерение давления

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Chemistry

Definition and Measurement of Pressure: Atmospheric Pressure, Barometer, and Manometer

Next Video
5.2: Gas Laws: Boyle’s, Gay-Lussac, Charles’, Avogadro’s, and Ideal Gas Law

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

Напомним, что газ всегда принимает форму и объем сосуда, в котором он находится. Микроскопически газ состоит из движущихся частиц, которые сталкиваются друг с другом и стенками емкости, в которой они находятся. Каждое столкновение со стенкой передает небольшое усилие в область контакта.Силы, возникающие в результате большого количества таких столкновений, увеличивают его давление. Меньшее количество частиц газа приводит к меньшему количеству столкновений, меньшей силе на единицу площади и, следовательно, более низкому давлению. Следовательно, давление прямо пропорционально количеству частиц в данном объеме или плотности газа.Воздух смесь атомов и молекул разных газов оказывает давление на все, что есть на поверхности земли. Это атмосферное давление, и оно измеряется с помощью барометра. Традиционный барометр представляет собой наполненную ртутью стеклянную трубку, которую переворачивают в чашу, содержащую ртуть.В ответ на давление, оказываемое атмосферой, высота столба ртути увеличивается или уменьшается. Измерение его высоты позволяет измерить атмосферное давление. На уровне моря атмосферное давление составляет 1 атмосферу, что поднимает столб ртути на высоту 760 миллиметров.На больших высотах, где воздух менее плотный, высота столба ртути падает, показывая более низкое атмосферное давление. Давление газа в емкости измеряется манометром. Манометр с закрытым концом состоит из U-образной трубки, заполненной ртутью.Один конец герметизируется в вакууме, а другой конец соединяется с емкостью, заполненным пробой газа. Частицы газа толкают ртуть в одном конце трубки, создавая перепад высот, соответствующий давлению газа. В манометре с открытым концом один конец остается открытым в атмосферу.Так измеряется давление пробы газа по отношению к атмосферному давлению. Когда давление газа превышает атмосферное, разница высот прибавляется к атмосферному давлению. Это дает давление газа.И наоборот, когда атмосфера оказывает давление выше, чем образец газа, разница высот вычитается из атмосферного давления, чтобы получить давление газа.

5.1:

Давление и измерение давления

Давление газа вызвано силой, оказываемой молекулами газа, которые сталкиваются с поверхностями объектов. Несмотря на то, что сила каждого столкновения очень мала, на любой поверхности заметной области за короткое время происходит большое количество столкновений, что может привести к высокому давлению.

Как правило, давление определяется как сила, оказываемая на данный участок:

Давление прямо пропорционально силе и обратно пропорционально площади. Таким образом, давление может быть увеличено либо путем увеличения силы, либо путем уменьшения площади, в которой оно применяется; давление может быть уменьшено путем уменьшения силы или увеличения площади.

Единица измерения давления СИ — паскаль (Па), с 1 Па = 1 Н/м2, где N — это новая единица силы, определяемая как 1 кг·м/с2. один паскаль представляет собой небольшое давление; во многих случаях удобнее использовать единицы килопаскаля (1 кПа = 1000 Па) или бар (1 бар = 100,000 Па). Давление также можно измерить с помощью атмосферы в единицах измерения (atm).

Измерение давления

Атмосферное давление, сила, создаваемое атмосферой на земной поверхности, измеряется барометром. Барометр представляет собой стеклянную трубку, которая закрывается с одного конца и наполнена энергонезависимой жидкостью, такой как ртуть, а затем перевернута и погружена в контейнер с этой жидкостью. Атмосфера оказывает давление на жидкость снаружи трубки, колонна жидкости оказывает давление внутри трубки, а давление на поверхности жидкости одинаково внутри и снаружи трубки. Таким образом, высота жидкости в трубке пропорциональна давлению, оказываемому атмосферой.

В барометре ртуть является предпочтительным выбором по сравнению с водой, поскольку она в 13.5 раз плотнее воды. Атмосферное давление может поддерживать колонну ртути высотой всего около 0.760 м, тогда как колонна воды должна быть высотой 10.3 м. Это делает колонну ртути удобным способом измерения давления.

Стандартное атмосферное давление 1 атм на уровне моря (101,325 Па) соответствует колонне ртути высотой около 760 мм (29.92 дюйм.). Давление, оказываемое жидкостью из-за силы тяжести, называется гидростатическим давлением, p:

где h — высота жидкости, ρ — это плотность жидкости, а g — ускорение, вызванное гравитацией.

Манометр — это устройство, используемое для измерения давления газа, попавшего в контейнер. Манометр с закрытым концом представляет собой U-образную трубку с одним закрытым рычагом, одним рычагом, который подключается к измеряемому газу, и ртутью в диапазоне. Расстояние между уровнями жидкости в двух рычагах трубки, h, пропорционально давлению газа в емкости. В манометре с открытым концом одна рука трубки открыта в атмосферу. В этом случае расстояние между уровнями жидкости соответствует разнице давления между газом в контейнере и атмосферой.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 9.1: Давление газа.

“